Des scientifiques américains traquent la chimie des réacteurs à sels fondus avec un laser.
Les chercheurs américains ont développé une méthode révolutionnaire permettant de suivre en temps réel les modifications chimiques dans les sels fondus, un réacteur nucléaire en développement de génération 4 qui promet monts et merveilles, notamment une meilleure gestion du combustible et des déchets induits.
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Au Laboratoire National d’Oak Ridge (ORNL), une équipe de scientifiques a mis au point une technique utilisant la spectroscopie par plasma induit par laser (LIBS) pour analyser la composition chimique des sels fondus. Cette méthode permet de dissoudre de l’uranium dans le sel, transformant le mélange en un fluide qui sert à la fois de combustible et de réfrigérant dans les réacteurs à sels fondus.
Une des technologies de réacteurs de génération IV
Les réacteurs nucléaires de 4e génération, encore au stade de la recherche ou du prototype, visent à succéder aux réacteurs actuels en apportant des avancées significatives. Ils ont pour objectifs d’améliorer la sûreté nucléaire, d’optimiser l’utilisation des ressources en uranium, de minimiser les déchets radioactifs et de réduire les risques de prolifération. Six concepts sont à l’étude, dont trois réacteurs à neutrons rapides (RNR) considérés comme les plus prometteurs. Ces réacteurs pourraient permettre de multiplier par 100 l’efficacité d’utilisation de l’uranium et de recycler le plutonium sans limitation. Leur déploiement est envisagé à partir du début des années 2030, avec des applications allant de la production d’électricité à la génération de chaleur industrielle
Caractérisation des sels fondus
Les chercheurs ont mélangé du nitrate de sodium (NaNO₃) et du nitrate de potassium (KNO₃), chauffant le mélange à 350 degrés Celsius avant d’utiliser de l’argon pour faire passer deux isotopes d’hydrogène à travers le sel fondu. Cette méthode a permis de mesurer le taux de diffusion des gaz à travers le sel fondu et la quantité de gaz que le sel peut retenir.
La technologie LIBS en action
La LIBS, une technique de spectroscopie d’émission atomique, utilise une impulsion laser de haute énergie pour exciter un échantillon, créant un plasma qui émet de la lumière. L’analyse de cette lumière émise permet aux scientifiques d’identifier et de quantifier les éléments et isotopes présents dans le sel. Pour cette étude, l’équipe a utilisé un système LIBS modulaire, permettant à plusieurs spectromètres de collecter des données simultanément.
Résultats et évaluations
Les mesures effectuées ont permis de déterminer la vitesse à laquelle les gaz se propagent à travers le sel fondu, ainsi que l’efficacité avec laquelle le gaz se dissout dans le sel. De plus, la LIBS a réussi à distinguer l’hydrogène de l’eau dans le gaz en détectant simultanément l’oxygène.
Implications pour la surveillance des réacteurs
Contrairement aux réacteurs à eau légère qui utilisent de l’eau pour refroidir les barres de combustible et ralentir les neutrons afin de maintenir la réaction en chaîne, les réacteurs à sels fondus utilisent un combustible liquide qui circule continuellement à travers le cœur du réacteur. Cette technologie permet une génération d’électricité plus efficace tout en extrayant des radio-isotopes pendant le fonctionnement, avec la nouvelle méthode de spectroscopie LIBS permettant la mesure des isotopes en temps réel dans les sels fondus.
Où en est la France sur les réacteurs à sels fondus ?
La France progresse dans le développement des réacteurs nucléaires à sels fondus (RSF), une technologie de 4e génération prometteuse. La start-up française Naarea joue un rôle central avec son projet XAMR, un microréacteur à neutrons rapides et sels fondus capable de produire 40 MWe. En partenariat avec le CNRS et d’autres acteurs, Naarea a récemment finalisé une boucle expérimentale en carbure de silicium fonctionnant à 700 °C, validant des matériaux résistants à la corrosion. Par ailleurs, le projet ALIS, soutenu par France 2030, vise à développer des outils d’analyse en ligne pour optimiser la gestion des sels fondus. Ces avancées s’accompagnent de collaborations académiques et industrielles, comme la création d’un laboratoire commun dédié au développement des sels fondus. Bien que les prototypes soient encore en phase de recherche, la mise en service de microréacteurs est envisagée d’ici 2030, marquant une étape vers une énergie nucléaire plus sûre et durable.
Source : ACS Publications
